Программное и математическое обеспечение АСУЖТ

1.

Программное и математическое
обеспечение АСУЖТ

2.

План лекции.
1
2
• Назначение и состав
программного обеспечения
• Математическое обеспечение
АСУЖТ и сферы их применения

3.

4.

Оно должно обеспечивать:
решение в автоматизированном режиме всех задач
функциональных подсистем АСУ;
совместимость функционирования одноименных подсистем разных
ступеней АСУ и сопрягаемых подсистем одного уровня;
повышение эффективности использования ЭВМ и других технических
средств АСУ вследствие автоматизации процесса управления
прохождением задач и работой различных технических устройств;
сокращение сроков и трудоемкости разработки и отладки машинных
программ;
автоматизацию процедур пользования АБД в запросно-ответном
режиме.

5.

Доля трудовых затрат на разработку
программного обеспечения в общем
объеме
работ
по
созданию
информационных систем составляет 60-70
%. В развитых системах стоимость его
разработки в 2-3 раза превышает затраты на
приобретение технических средств. Высокая
стоимость
разработки
программного
обеспечения АСУ связана прежде всего со
спецификой программирования решения
задач и с техническими возможностями
применяемых ЭВМ.

6.

Подготовка задачи для решения на ЭВМ является
весьма сложной и включает ряд этапов:
строгую математическую постановку задачи;
определение объемов и формы представления
исходных, промежуточных и результативных данных;
разработку (или применение готовых) программ для
ввода информации, выполнения расчета и печати
результатов.

7.

В составе программного обеспечения АСУ выделяют 3 составные части:
Внутреннее программное обеспечение (операционная система) предназначено для автоматизации,
управления работой ЭВМ и сопрягаемых технических средств (управляющие программы), что
повышает производительность ЭВМ и других устройств АСУ, позволяет автоматизировать разработку,
подготовку и отладку машинных программ (обрабатывающие программы), вследствие чего
сокращается время программирования и улучшается качество машинных программ.
Внешнее программное обеспечение (специальное) включает систему управления прохождением задач
АСУ, пакеты стандартных и типовых программ (общесистемное обеспечение), а также библиотеку
программ решения всех комплексов задач, включенных в функциональные подсистемы АСУ.
Комплекс программ технического обслуживания (КПТО) предназначен для отладки и проверки
технической исправности ЭВМ и других устройств, сопряженных с ЭВМ. Он включает тестовые
испытательные программы, которые позволяют обнаружить неисправности в технических
устройствах АСУ, выявлять места неисправности и предоставлять обслуживающему персоналу
информацию об их характере.

8.

9.

Особенности задач ПО для
железнодорожного транспорта
большой объем цифровых и буквенных исходных данных, вводимых в ЭВМ, и
информации, выводимой на печать в виде готовых документов;
относительно простые алгоритмы обработки данных и небольшой объем вычислений на
единицу вводимой информации;
сравнительно ограниченное число типовых процедур обработки информации;
большой удельный вес логических операций; наличие многократных группировок
массивов информации по определенному признаку или их совокупности;
взаимозависимость задач по первичной, нормативно-справочной и промежуточной
информации;
необходимость соблюдения точного технологического графика решения задач в суточном,
декадном и месячном разрезах;
потребность сбора и передачи по каналам связи значительного объема информации как
со стационарных производственных объектов, так и с подвижного состава;
широкое использование различных методов обеспечения достоверности информации на
всех этапах ее регистрации, сбора и обработки, включая разные методы программнологического контроля.

10.

Аспекты создания
автоматизированного банка данных
Под автоматизированным банком данных (АБД)
понимается относительно автономная совокупность
взаимосвязанных массивов информации (база
данных), предназначенных для решения
определенного комплекса задач АСУ, языковых и
программных средств, методов доступа и управления массивами, а также технических средств,
реализующих функции хранения, обновления,
поиска и выдачи информации пользователю
(программе, лицу, принимающему решение,
программисту и т.д.).

11.

Основные преимущества АБД по сравнению с организацией массивов информации для отдельных
задач или подсистем (или отдельных потребите лей) состоят в следующем:
высокая степень централизации общесистемных массивов;
исключение дублирования информации, состав хранимой в АБД информации предназначен для
решения всех задач данной АСУ с учетом ее постепенного наращивания и модернизации;
возможность прямого доступа с соблюдением приоритета большого количества пользователей к
любому элементу информации;
обеспечение непосредственного диалога пользователей с АБД с помощью проблемноориентированных языков высокого уровня;
эффективный автоматический контроль и защита информации на всех этапах ее обработки в
АБД;
использование единой системы классификации и кодирования хранимой информации;
использование единого системного языка для описания данных и типовых процедур обработки
информации;
общесистемные программные модули и программы управления банком данных.
наличие необходимого программного обеспечения для реализации основных

12.

13.

Математическое обеспечение АСУЖТ и
сферы их применения
При разработке математического обеспечения АСУ
все задачи учета, планирования и управления
подразделяют на информационно-логические,
оптимизации решения, прогнозирования, анализа.

14.

Математическое обеспечение АСУЖТ и
сферы их применения
Задачи
по
оптимизации
решений
характеризуются
сложностью
экономикоматематических постановок и их реализации на
ЭВМ и требуют применения различных методов
математического программирования: линейного,
нелинейного, динамического, целочисленного и
др., чтобы найти наивыгоднейший план
использования ресурсов по установленному
критерию оптимальности.

15.

• 3адачи прогнозирования в зависимости от длительности
прогнозируемого периода бывают кратко-, средне- и
долгосрочные.
Возможны
различные
сочетания
планирования и прогноза: прогноз предшествует разработке плана; прогнозируют последствия уже принятых в
плане решений или ход выполнения плана.
• Цель задач анализа - исследовать экономические
явления, результаты, факторы и причины, их
обусловившие; оценить ход выполнения перевозок,
использование флота; выявить внутрихозяйственные
резервы; способствовать распространению передовых
методов работы и т.п.

16.

Основные методы математического
моделирования вероятностные методы
• Математическая статистика - наука о математических
методах систематизации и использования статистических
данных. Во многих своих разделах опирается на теорию
вероятностей
(дисперсионный,
корреляционный,
регрессионный анализы).
• Теория массового обслуживания - самостоятельная
прикладная область случайных процессов, сложившаяся
путем развития вероятностных методов в применении к
обслуживанию массовых потоков требований (заявок)
случайного характера в различных областях человеческой
деятельности.

17.

• Метод статистических испытаний (Монте-Карло)
используется для численного моделирования и решения
вероятностных задач, аналитическое решение которых
затруднительно.
• Имитационное моделирование - прикладной раздел
математических методов, выросший из метода
статистических испытаний с появлением ЭВМ. В него
входят элементы эвристики и аналитического
моделирования, в его основе - машинная (численная)
имитация изучаемого процесса.

18.

В отличие от имитационного другие методы математического
моделирования называют аналитическими
• Математическое программирование - раздел
математики, посвященный теории и методам нахождения
экстремумов функций на множествах, определяемых
некоторыми ограничениями. Используется для решения
оптимизационных задач железнодорожного транспорта
путем поиска минимума (максимума) функции.
• Линейное программирование - раздел математического
программирования для решения задач, переменные
которых связаны системой линейных равенств и
неравенств.

19.

• Нелинейное программирование - раздел
математического программирования,
применяемый для решения задач, уравнения
которых содержат нелинейные зависимости.
• Стохастическое и параметрическое
программирование - разделы математического
программирования, посвященные решению
задач, исходные данные которых содержат
элементы неопределенности.

20.

• Динамическое программирование - раздел
математического программирования,
используемого для решения задач, в которых
процесс развивается в динамике, т.е. в несколько
последовательных этапов.
• Методы сетевого планирования и управления
используются для разработки целевых программ,
проектов, требующих увязки и координации
различных этапов работ и их ресурсного
обеспечения по определенным графикам.

21.

Имитационное моделирование. Наибольшее распространение
в связи со своей доступностью и объективностью отображения
транспортных процессов получило имитационное моделирование.
Имитационное моделирование с использованием ЭВМ оказывает
существенную помощь в решении задач анализа организационной
структуры управления (ОСУ). Имитация представляет собой метод
воспроизведения функционирования моделируемой системы во
времени. Развитие ЭВМ и математического обеспечения позволяет
изучить процессы управления предприятием во всей сложности и
многообразии, не втискивая их в модели, описываемые
существующими математическими методами. Под машинной
имитацией понимается численный метод проведения на ЭВМ
экспериментов с математическими моделями, описывающими
поведение сложных систем в течение продолжительных периодов
времени.

22.

Ниже изложена последовательность основных этапов имитационного
моделирования ОСУ.
Первый этап - изучение и анализ ОСУ и составление ее неформального
описания.
Второй этап - формулировка проблемы - включает определение цели
исследования и основных критериев, фиксацию допущений, принятых в
модели.
Третий этап - формулировка математической модели (формализованное
описание). Сюда входят определение структуры модели; установление
основных классов, правил действий и параметров структурных элементов,
звеньев и функциональных блоков; построение укрупненной блок-схемы
модели. Математическое описание действий структурных элементов, звеньев
и функциональных блоков заключается в классификации переменных,
описании процессов функционирования на языке имитационного
моделирования, предварительной оценке адекватности модели.

23.

• Четвертый этап - составление программы на ЭВМ. Он включает
построение блок-схемы логической последовательности действий
ЭВМ с учетом выбранного имитационного языка; ввод данных,
включающих присвоение значений переменных и параметров модели
в начальный момент имитации, а также ввод данных с внешних
источников или с помощью специальных программ.
• Пятый этап - оценка адекватности (пригодности) модели - включает
проверку полноты внешних (экзогенных) входных переменных;
оценку правильности формулировки связей между входными и
выходными данными; оценку параметров модели и их статистической
значимости; проверку совпадения внутренних (эндогенных)
переменных, полученных на основе ручного счета с фактическими
значениями за прошлый период.

24.

• Шестой этап - планирование эксперимента - состоит из сбора и
подготовки исходных данных и проведения испытаний на ЭВМ. На
этом этапе выбираются факторы, которые должны варьироваться от
одного испытания к другому.
• Седьмой этап - обработка результатов эксперимента и
совершенствование моделей: анализ полученных результатов;
корректировка модели (изменение значений фактора); изменения в
правилах действий структурных элементов, звеньев, функциональных
блоков; статистическая обработка результатов; оценка характеристик
ОСУ.
• Восьмой этап - выработка мероприятий по совершенствованию ОСУ.

25.

Модель организации выгрузки
позволит:
максимально использовать выгрузочные способности грузовых фронтов, предприятий, портов;
планировать и управлять работой транспортных узлов, стыков с другими видами
транспорта и промышленными предприятиями;
использовать график движения и план формирования для создания оптимальных
условий работы грузовых фронтов;
планировать реальные размеры выгрузки и вырабатывать технологию
их достижения;
организовать погрузку с учетом возможностей своевременной выгрузки;
планировать образование порожних вагонов;
оптимизировать очередность обслуживания локомотивами участков местной
работы;
оптимизировать доставку местных вагонов на станции назначения и подачу на
грузовые фронты;
эффективно использовать передаточные, вывозные и маневровые локомотивы.

26.

Модель грузовых фронтов
позволяет:
• определить оптимальную загрузку фронта в
соответствии с его вместимостью и временем
выполнения грузовых операций;
• определить техническое оснащение и фронт
одновременной подачи вагонов для выполнения
заданного объема грузовой работы;
• выработать требования к поступлению вагонов на
станцию примыкания для максимального
использования выгрузочной способности
грузового фронта.

27.

Модель движения поездов на
участке дает возможность:
• рассчитывать наличную пропускную способность участков при существующем
путевом развитии и при предоставлении «окон» для ремонтных работ;
• нормировать насыщение участков поездами;
• устанавливать влияние технической оснащенности, числа главных, приемоотправочных путей на пропускную способность участков;
• устанавливать лимитирующие перегоны и расстановку проходных светофоров
(длину блок-участков);
• устанавливать влияние предупреждений об ограничении скорости на время
хода поездов и участковую скорость;
• устанавливать влияние соединенных, тяжеловесных и длинносоставных
поездов на пропускную и провозную способность;
• устанавливать взаимосвязь между насыщением участков, плотностью потока
поездов и скоростью движения;
• устанавливать режимы поездной работы на участках;
• устанавливать влияние изменения скорости движения, длины, массы поездов
на пропускную и провозную способность;